В плане методологии межпредметные связи дают учителю и ученику инструментарий, позволяющий организовать свою деятельность наиболее эффективным образом.
Межпредметные связи обогащают методологический аппарат учителя и делают обучение более фундаментальным. Установление и обоснование связей между естественными дисциплинами (физикой, химией, биологией и географией) формирует системный стиль мышления, на основе которого учащиеся будут в последствии оценивать все происходящие явления действительности. Следовательно, межпредметные связи можно считать проявлением в обучении общенаучного принципа системности.
На основе интеграции курса физики со смежными дисциплинами происходит формирование систем обобщенных предметных естественно-научных знаний и умений. При этом наиболее значимыми направлениями реализации межпредметных связей являются следующие: формирование и развитие системы понятий о веществе при изучении его физических свойств и строения; изучение теорий и законов, общих для физики и химии; рассмотрение сущности физико-химических процессов; знакомство с устройством и принципами работы технологического оборудования; использование на уроках физики химических понятий, величин и единиц измерений; обзор возможностей привлечения фундаментальных законов и теорий естествознания для объяснения химических, географических, биологических и природных явлений; формирование экологических и природоохранных знаний на базе физико-географического и биохимического материала; формирование представлений о круговороте элементов, веществ и энергии в экосистемах разного уровня; знакомство с понятием “экологическая проблема” на конкретных примерах (парниковый эффект и т.д.) и поиски путей решения.
Использование межпредметных связей помогает в формировании творческого мышления учащихся, преодолении инертности и узости мыслительных процессов, ограниченных одной учебной дисциплиной.
Любой учебный курс построен на комплексе идей, определяющих вклад этой дисциплины в научное видение мира школьника. Одним из важных для обучения физики является познаваемость мира, единство законов его развития, взаимосвязь форм движения материи, охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов, жизнеобеспечения человека на Земле, освоение космоса, наука и образование в контексте человеческой культуры, научно-технический прогресс и т.д.
Для удобства преподавания физики в разных классах предложим отобранный материал по географии, химии и биологии. Используя этот материал, при подготовке к урокам по физике, можно уже уверенно опираться на знания учащихся по данным предметам.
География
5-й класс
Солнце – источник света и тепла
Солнце – звезда. Температура на его поверхности около 60000С. Солнце излучает громадное количество тепла и света. Солнце находится на расстоянии около 150млн км от Земли. Земля движется по орбите вокруг Солнца с огромной скоростью: 29,8 км/с. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,50 и все время направлена северным концом в сторону Полярной звезды. 21 марта и 23 сентября – дни равноденствия, 22июня и22 декабря – дни солнцестояния.
Главная причина различия климата на земле – неодинаковая высота Солнца над горизонтом и разная продолжительность дня на разных широтах.
6-й класс
Масштаб план:
Масштабом называют дробь, у которой числитель единица, а знаменатель – число, указывающее, во сколько раз расстояние на плане меньше, чем на самой местности.
Этот вид масштаба называют численным. По численному масштабу узнают, во сколько раз уменьшены на плане все расстояния (1:10).
Запись „в 1см – 10м” называют именованным масштабом, а расстояние на местности, соответствующее 1см на плане, называют величиной масштаба. 10 м
Азимут – угол между направлением на север и на какой-нибудь предмет местности, величину которого выражают в градусах и отсчитывают от севера в право, по ходу часовой стрелки.
Шарообразность Земли
Шарообразность Земли подтверждают космические снимки. Близкую к шару форму имеют все крупные космические тела – планеты, Солнце и другие звезды.
Точными измерениями установлено, что форма Земли отличается от шара: расстояние от центра Земли до экватора составляет 6378км, а от центра до полюсов меньше на 22км и равно 6356км.
Меридианы
В переводе с латинского на русский язык слово „меридиан” означает „полуденная линия”. Действительно, ее направление совпадает с направлением тени от предметов в полдень.
Меридианом называют кратчайшую линию, условно проведенную на поверхности Земли от одного полюса к другому. Все меридианы имеют одинаковую длину и форму полуокружностей.
Параллели
Параллелями называют линии, условно проведенные по поверхности Земли параллельно экватору. По форме параллели – окружности, радиус которых уменьшается.
В каждой точке параллель перпендикулярна меридиану.
Географическая широта
Географической широтой называют величину дуги меридиана в градусах от экватора до заданного места.
Географическая долгота
Географической долготой называют величину дуги параллели в градусах от начального меридиана до заданного места.
Оболочки Земли
Воздух – газообразная оболочка – атмосфера; вода – водная оболочка – гидросфера; горные породы, которые слагают сушу и дно океанов – земная кора. Живые организмы вместе с той же средой, где они живут, составляют биосферу.
В центре Земли находится ядро; его радиус около 3500 км. Ядро окружено мантией (в переводе с латинского языка это слово означает „покрывало”). Ее толщина примерно 2900 км. Над мантией расположена земная кора. Толщина ее колеблется от 5 до 80 км.
Земная кора – самая твердая оболочка. Вещество находящейся под ней мантии имеет очень высокую температуру, которая повышается по направлению к ядру. При такой температуре это вещество должно бы быть в расплавленном состоянии. Но расплавления не происходит, так как с глубиной увеличивается давление. Поэтому вещество мантии находится в особом пластическом состоянии. По мере движения к центру Земли температура и давление повышаются. Наиболее тяжелые и плотные вещества находятся в ядре; температура там 35000С.
Что такое литосфера
Оболочка состоящая из земной коры и части верхней мантии, называется литосферой (в переводе с греческого „литос” означает „камень”). Ее толщина – от 50 км в океанической части до 200 км в материковой.
Что такое гидросфера
Вода на Земле находится в трех состояниях. Больше всего – жидкой воды, значительно меньше – твердой (лед, снег) и водяного пара. Водная оболочка Земли называется гидросфера. В атмосфере содержатся водяной пар, капельки воды и кристаллики льда.
Мировой круговорот воды
С поверхности Мирового океана, нагреваемой солнечными лучами, непрерывно испаряется вода. В атмосфере водяной пар превращается в капельки пресной воды (конденсируется и в кристаллики льда. Образуются облака. Из облаков и на океан и на сушу выпадают осадки (дождь, снег).
Соленость воды
Вода – прекрасный растворитель. Поэтому в природе нет воды, не содержащей растворенных веществ. Воду (дистиллированную) можно получить только в лаборатории. В литре океанской воды растворено в среднем 35г различных веществ. Соленость пресной воды меньше. Но пресной воды на Земле очень мало.
Температура воды
Океанская вода замерзает при температуре –20С. Ее замерзанию мешают растворенные вещества. Чем больше соленость, тем ниже температура замерзания.
Движение воды в океане
Даже слабый ветер вызывает на поверхности воды волны. Каждая волна имеет гребень и подошву. Расстояние между двумя соседними гребнями – длина волны. Расстояние от подошвы до гребня – высота волны.
Вода в волнах опускается и поднимается, почти не перемещаясь в горизонтальном направлении. Это движение воды по вертикали, т.е. колебательное.
У пологого берега от трения воды о дно движение ее нижней части волны замедляется, гребень наклоняется вперед и опрокидывается.
Приливы и отливы
Уровень воды в море может изменяться. Дважды в сутки он здесь поднимается и опускается. На низких берегах вода то заходит далеко в сторону суши – прилив, то, наоборот, отступает, обнажая широкую полосу дна, – отлив.
Приливы – явление очень сложное. Они вызваны притяжением вод океана Луной.
Для использования энергии приливов сооружаются приливные электрические станции (ПЭС).
Атмосфера, ее строение
Атмосфера – это самая верхняя и наименее плотная из всех земных оболочек. Она состоит из смеси газов, называемой воздухом.
Четко выраженной верхней границы атмосфера не имеет и постепенно переходит в космическое пространство. Условно такую границу проводят на высоте 3000км. Воздух не рассеивается в космосе, потому что силы земного притяжения удерживают его. У земной поверхности воздух наиболее плотный и тяжелый. С высотой изменяется не только его плотность, но и температура, количество влаги в нем.
Особенности слоев атмосферы. В атмосфере можно выделить три основных слоя: тропосферу, стратосферу и высокие слои. Самый нижний слой – тропосфера, его толщина над экватором – 17км, в полярных частях – 8–9 км.
Чем выше, тем холоднее. На каждый километр высоты температура понижается в среднем на 60С. В тропосфере находится почти весь водяной пар атмосферы и другие примеси: пыль, копоть, выброшенные при извержении вулканов пепел, серный газ и т. д.
Верхняя граница стратосферы 50–55 км. В ней воздух разряжен. В верхней части температура понижается, но начиная примерно с 20 км – повышается. Водяной пар тут почти отсутствует.
Значение атмосферы
Благодаря газообразной оболочки поверхность Земли не нагревается днем солнечными лучами и не охлаждается ночью так сильно, как, например, поверхность Луны, лишенной атмосферы. Атмосфера предохраняет Землю от метеоритов, большинство которых сгорает в ней, не долетев до земной поверхности. Без воздуха не могло бы быть жизни на Земле.
Толщину атмосферы изучают с помощью радиозондов. Два-три раза в сутки с аэрологических станций на суше и на научноисследовательских судах поднимаются до высоты 30-40км воздушные шары, к которым прикреплены приборы. Они собирают данные о температуре, влажности и перемещениях воздуха на разных высотах. Показания приборов, переданные маленькими радиопередатчиками, принимают на станциях. Еще выше, до 120км поднимаются метеорологические ракеты. Применяются и такие ракеты, которые зондируют атмосферу до 400-500км. С их помощью уточняется состав воздуха на больших высотах.
Чрезвычайно важные сведения доставляют искусственные спутники Земли. Так, специальные, метеорологические спутники „Метеор”, снабженные теле- и фотоаппаратурой, с высоты до 900км передают на Землю сообщения о состоянии атмосферы, о погодных процессах, происходящих над земной поверхностью в полосе шириной до 2000км. Большую ценность представляют сведения о границах снежного покрова на поверхности Земли, о загрязненности атмосферы, о лесных пожарах, об извержении вулканов и о распространении пепла, о явлениях в атмосфере.
Атмосферное давление
Так как воздух имеет массу и вес, он оказывает давление на соприкасающуюся с ним поверхность. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, на все находящиеся на ней предметы, называется атмосферным давлением.
Человек не чувствует этого давления, так как оно уравновешивается внутренним давлением воздуха, находящегося в его теле.
Измерение атмосферного давления
Давление воздуха измеряется с помощью прибора барометра („барос” – тяжесть, „метр” – мера).
Применяются два основных вида барометров – ртутный и анероид (в переводе слово означает „без жидкости”).
Ртутный барометр представляет собой запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной около 1 м, площадь сечения которой равна 1 см2. В нее налит тяжелый жидкий металл – ртуть. Открытым концом трубку погружают в чашу с ртутью. При этом какая-то часть ртути из трубки выливается, а в верхней ее части образуется безвоздушное пространство. На открытую поверхность ртути в чаше давит воздух, который как бы вдавливает ее в трубку.
Если атмосферное давление ослабевает, то ртуть в трубке опускается. Трубка ртутного барометра имеет шкалу. По высоте столбика ртути в ней определяют величину атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.
На уровне моря на параллели 450 при температуре 0 0С ртуть под давлением воздуха поднимается на высоту 760 мм, давление называют нормальным атмосферным давлением.
Воздух насыщенный и ненасыщенный водяным паром
При испарении воздух не может вмещать водяной пар беспредельно. Этот предел зависит от его температуры. Воздух, который не может вместить больше водяного пара, чем он содержит, называют насыщенным.
Воздух, находящийся над теплой, но сухой поверхностью, обычно содержит водяного пара меньше, чем мог бы содержать при данной температуре. Такой воздух называют ненасыщенным.
Чтобы предсказать, будет ли погода облачной или ясной, нужно знать, сколько влаги содержит воздух. Влажность воздуха выражают в процентах. Относительная влажность – это отношение количества влаги, находящейся в воздухе, к тому количеству, которое он может содержать при данной температуре.
Влажность измеряется с помощью прибора гигрометра. Кроме того, используются приборы – самописцы гигрографы.
Главная причина образования тумана и облаков одна и та же: выделение капелек воды при охлаждении воздуха, насыщенного водяным паром.
7-й класс
Движение земной коры
Земная кора находится в постоянном движении. Земной коре свойственны два основных вида движения: вертикальные и горизонтальные. Часто они сочетаются, т.е. проявляются одновременно. Главная причина движений земной коры – процессы, происходящие внутри Земли. Одни части Земли более устойчивы, другие – более подвижны.
Горы на дне океана
Подробные и точные сведения о рельефе дна были получены с помощью эхолота. Прибор с судна посылает короткий звуковой сигнал, который достигает дна, отражается от него и возвращается к прибору. Скорость распространения звука в воде – 1500м/с. Измерив время, в течение которого звук прошел до дна и обратно, можно высчитать глубину.
8-й класс
Различия во времени. Часовые пояса
Непосредственно с географическим положением России и величиной ее территории связаны понятия местное, поясное, декретное и летнее время. Одинаковое время будет лишь для тех, кто живет на линии одного меридиана. Для них это и будет местное время.
Для удобства в жизни людей оказалась необходимой единая система отсчета времени. Для этого вся поверхность Земли была разделена на 24 часовых пояса. В каждом поясе время исчисляется по меридиану, проходящему по середине его. Это время и называется поясным. Оно отличается от времени соседнего пояса ровно на один час. Отсчет поясов ведется с запада на восток. За нулевой принят пояс, по оси которого проходит гринвичский меридиан.
В системе транспорта, связи, радио и телевидения на территории России используется московское декретное время.
Продолжительность дня летом увеличивается. По всей стране в последнее воскресенье марта вводится летнее время: стрелки часов переводятся на один час назад.
Зарождение Земли
Одной из первых гипотез о зарождении Земли была гипотеза И.Канта и П.Лапласа. По этой гипотезе, Земля и планеты Солнечной системы возникли из раскаленной первичной атмосферы Солнца. Сгустки раскаленной атмосферы образовали вокруг Солнца кольца. При остывании они преобразовывались в отдельные планеты.
Затем появилась гипотеза, которую разработали О.Ю.Шмидт и В.Г.Фесенков. По этой гипотезе, Земля и другие планеты Солнечной системы образовались из холодного космического облака газа и пыли, имевшего дисковидную форму. При уплотнении облака вместо беспорядочного движения частиц началось их общее медленное вращение. При этом образовалось множество промежуточных (астероидных) тел. Путем постепенного объединения, как бы слипания их, сформировалась Земля и другие планеты Солнечной системы.
Химия
8-й класс
Вещества и их свойства
То, из чего состоят физические тела, называется веществом.
Свойствами вещества называют признаки, по которым вещества отличаются друг от друга или сходны между собой.
Относительная атомная масса
Атомная единица массы – это 1/12 массы атома углерода, масса которого равна 12 а.е.м.
Масса атома углерода составляет 2,0·10-26 кг, а масса 1 а.е.м. равна
(2,0 · 10-26/12) кг = 1,66 · 10-27 кг = 1,66 · 10-24 г
Сравнивая массы атомов элементов с массой одной а.е.м. находят численные значения, названные относительными атомными массами.
Относительная атомная масса обозначается Аr.
Относительная атомная масса элемента показывает, во сколько раз масса его атома больше 1/12 массы атома углерода.
Следует различать безразмерную величину – относительную атомную массу и массу атомов, измеренную в атомных единицах массы (хотя численно они совпадают).
Относительная молекулярная масса обозначается Мr.
Относительная молекулярная масса вещества показывает, во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы атома углерода, масса которого 12 а.е.м.
Например: Мr(Н2О) = 2 · 1 + 16 = 18
Количество вещества. Моль. Молярная масса
Если химическую реакцию рассматривают с точки зрения числа частиц (атомов, молекул и др.), то применяют физическую величину количества вещества. Единицей количества вещества является моль.
Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц (атомов, молекул или других), сколько содержится атомов углерода в 0,012 кг (12 г) углерода.
Моль – это количество вещества, содержащее 6,02 · 1023 молекул, атомов или других частиц.
Число NА = 6,02 · 1023моль-1 названо постоянной Авагадро (в честь итальянского ученого Авагадро).
Молярная масса М вещества равна отношению массы m вещества к соответствующему количеству вещества ? („ню”) М=m/?
Молярная масса вещества – это масса одного моля. Единица измерения молярной массы – кг/моль.
Кислород при нагревании энергично реагирует со многими веществами, при этом выделяются теплота и свет. Такие реакции называют реакциями горения.
Горение – это химическая реакция, при которой происходит окисление веществ с выделением теплоты и света.
10-й класс
Топливо
Виды топлива: твердое, жидкое и газообразное.
К твердому топливу относят антрацит, каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф и дрова.
Качество топлива определяется его теплотворной способностью, т.е. количеством теплоты (в килоджоулях), которое выделяется при сгорании 1кг топлива. Теплотворная способность топлива тем выше, чем оно богаче углеродом.
К жидкому топливу относятся переработки нефти: бензин, керосин, мазут и др. Теплотворная способность нефти и ее продуктов исключительно велика.
С каждым годом все больше в качестве топлива используют горючие газы. Газообразное топливо имеет ряд преимуществ перед твердым топливом: а) экономически более выгодна добыча и транспортировка; б) упрощается устройство топок и облегчается труд человека при подаче топлива в печь; в)упрощается управление процессом горения и облегчается соблюдение гигиены труда; г) достигается более полное и рациональное сжигание топлива; д) заметно устраняется загрязнение окружающей среды.
Биология
6-й класс
Устройство увеличительных приборов
Лупа – самый простой увеличительный прибор. Главная его часть – увеличительное стекло, выпуклое с двух сторон и вставленное в оправу. С помощью лупы мы видим изображение предмета, увеличенное в 2–2,5 раз. Лупу берут за рукоятку и приближают к предмету на такое расстояние, при котором изображение предмета становится наиболее четким.
Микроскоп – это прибор, увеличивающий изображение предмета в несколько сот и даже тысяч раз. Главная часть светового микроскопа, с которым работают учащиеся в школе,- увеличительные стекла, вставленные в трубку, или тубус ( по-латыни „тубус” значит „трубка”). В верхнем конце тубуса находится окуляр, состоящий из оправы и двух увеличительных стекол. Название „окуляр” происходит от латинского слова „окулус”, что значит „глаз”. Рассматривая предмет с помощью микроскопа, глаз приближают к окуляру.
На нижнем конце тубуса помещается объектив, состоящий из оправы и нескольких увеличительных стекол. Название „объектив” происходит от латинского слова „объектум”, что означает „предмет”.
Тубус прикреплен к штативу. К штативу прикреплен также предметный столик, в центре которого имеется отверстие, и под ним зеркало. Свет направляют зеркалом в отверстие предметного столика.
Фотосинтез
Сахар образуется только в хлоропластах листьев и только на свету. Этот процесс называют фотосинтезом. Сахар затем превращается в крахмал.
Зеленое растение само создает органические вещества (в первую очередь сахар) из неорганических (углекислого газа и воды), выделяя при этом кислород и используя при этом энергию солнечных лучей.
Из воздуха растения при дыхании поглощают кислород, а при фотосинтезе – углекислый газ.